雙曲面框支承玻璃幕墻施工技術研究

史多坤 （甘肅七建裝飾工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

在建筑行業中，由于其美觀、采光、節能等特點，玻璃幕墻受到廣大建設者和設計者的喜愛[1]。雙曲型框架支撐玻璃幕墻是現代建筑中典型的外墻形式，它具有強烈的藝術表現力，充滿個性的空間構造，具有強烈的視覺沖擊力。在世界各地的現代化建筑中都有著廣泛的應用[2]。但是，由于具有優美、多樣的曲面外形和玻璃薄片，使其在工程中的應用更加困難，容易發生質量問題，而且對工程的組織和管理提出了更高的要求。其中，以雙曲框架支撐式玻璃幕墻為代表的異型玻璃幕墻，在全球各地的地標建筑中得到了廣泛的應用[1]，與平板玻璃幕墻相比，雙曲面框架支撐式玻璃幕墻的施工技術更加復雜、技術含量也更高。首先，由于采用雙曲框架支撐的玻璃幕墻大部分的龍骨是彎曲的，在施工中難以進行放線；其次，由于玻璃幕墻是一種雙曲型結構，它需要高精度的加工和安裝，因此安裝質量很難保證[3]；第三，建筑外形的外立面是凹凸不平的，使用雙層框架支撐的玻璃幕墻，可以更好的展示建筑的外觀，但是，不同的材質大小存在著一定的差別，這就造成了材料的選擇、吊籃等豎向施工運輸設備的安全使用等問題日益凸顯，這就要求施工方的工程管理人員進行綜合的思考。所以，對雙曲型框架支撐玻璃幕墻的施工技術進行深入的分析和研究，以解決傳統雙曲面支承玻璃窗的技術難題。

2 雙曲面框支承玻璃幕墻的特點

與平板玻璃幕墻相比，由雙曲邊框支撐的玻璃幕墻外形形狀多為弧形，使其受力區域更為均勻，能更好地抵御風載荷，特別適合高層和超高層建筑。

由于支撐材料和玻璃板的多樣性，雙曲面框架支撐玻璃幕墻在外觀上的表現要優于普通的平面玻璃幕墻，能夠更好的體現設計師的創造性。

采用雙曲面框架支撐的玻璃窗，其施工技術有較高的技術含量。雙曲面框架支撐的玻璃幕墻中，其龍骨和玻璃片多為弧形，相對于平面玻璃窗的平面形狀而言，定位、加工和安裝更為困難。

3 體育館建筑概況

本工程建筑面積2612.38m2，工程造價887 萬，工程地址為兩當縣城關鎮，東至廣香爐路，西至顯龍路，南至西坡路，北至魚池路。地上兩層，建筑高度25.1m，建筑形狀為橢圓形。工程主要材料包括中空玻璃、保溫裝飾一體板、鋼材、硅酮結構密封膠和硅酮結構耐候膠等，工期緊張，工程難度大。體育館為橢圓形，造型獨特。由于玻璃的制造比較困難，所以加工部需要對其進行精確的工藝操作，并對其進行精確的裝配，從而保證工程的質量。現場施工如圖1 所示。

圖1 施工現場

為了建設兩當縣城關鎮標志性建筑，本工程具有別具一格的外形，外墻采用平面與雙曲線相融合的框架支撐，各立面呈現出兩個弧形。它的新設計和造型、新設備、新工藝、新技術的運用，都是高技術的產物。由于該工程的工期和占地面積較窄，給整個工程的組織和管理帶來極大的困難。

4 施工工藝及質量控制難點

在對有關的設計數據進行分析的基礎上，結合以前類似的施工經驗，運用BIM、CATIA、犀牛軟件等技術，構建了三維建模模型，并對其進行了歸納，得出了如下幾個問題。

①雙曲面框架支撐的玻璃幕墻采用不規則的拋物線（形狀像是“月牙”，不能用數學公式來界定），由于不同的間距、不同的方向，造成了工程的難度，因此，龍骨是幕墻工程的重中之重。如果出現龍骨偏移，會對后期玻璃安裝、百葉的安裝造成很大影響。

②雙曲面弧形框架支撐的玻璃窗幕墻，定制材料多（有雙向彎曲、扭轉），玻璃存在單曲、雙曲甚至多曲玻璃，加工安裝困難。盡管使用特殊材質的異型，可以在某種意義上確保工程的質量，但是大規模使用異型特制的材質會造成大量的加工偏差，尤其是曲面玻璃在不可逆的工藝過程中，其作用的幅度會呈幾何倍數增加，如圖2所示。

圖2 曲面玻璃3D模型圖

③鋁單板裝飾百葉的形狀多、規格尺寸多、接口多，造成了許多質量問題，在雙曲面轉折位置進行材料的對接很困難（參見圖3）。百葉的外形非常繁多，它所用的材料非常多，它們的組合會產生許多不同的材質，易使制品的品質出現問題。同時在工地上裝配，使其生產過程的質量更是難于保證。

圖3 鋁單板裝飾百葉示意圖

圖4 曲面玻璃優化圖

④采用雙層弧形框架支撐的玻璃窗幕墻，其高（25m）左右，外形形狀參差不齊，采用吊籃進行豎向操作和運送不同材質的物料非常麻煩。

5 制定控制措施

在明確了工程質量控制的困難后，結合工程具體情況，制定了工程質量管理的具體對策。

①針對雙曲幕墻采用不規則的拋物線曲線（難以用數學方法來界定），龍骨放線和安裝位置等問題。

制定對策。在幕墻工程中，龍骨的施工是最重要的。若發生龍骨位移，將極大地影響之后的玻璃安裝及百葉的安裝。為保證正確安裝龍骨，必須編制嚴格、實用的測量和放線方案，并強化操作人員的技術交流，嚴格落實驗收制度。該項目的最大亮點是雙曲玻璃幕墻。在雙曲玻璃幕墻區域，龍骨為彎曲的龍骨（單彎、雙彎、彎曲、扭轉），玻璃為單曲玻璃、雙曲玻璃、多曲玻璃。異型零件的加工精度很難控制，特別是彎曲的玻璃，出現了很大的誤差（幾乎每一種都有），而且誤差是無法消除的。如果大量使用異型材料，不僅會對安裝造成很大的影響，而且會影響美觀，很難保證安裝的質量。因此應對玻璃片進行優化，降低玻璃的工藝參數，把不可控制的工藝誤差調節到人工控制的允許偏差范圍內，以確保裝配質量。

②鋁合金板材裝潢百葉的形狀多、界面多、品質問題多。在兩個彎曲的部分，零件的加工難以進行對接。

制定對策。百葉的形狀很復雜，需要大量的鋁板、鋼材、鋁型材等，這些不同的材質結合在一起，會形成大量的界面，從而提高產品的品質。在同一時間進行裝配，很難確保產品的品質。為此，對裝潢百葉的大小進行了調整，使其達到了工廠一體化加工，整體進場的整體裝潢百葉。加強對車間的質量管理，降低物料的偏差，確保工程質量，兩個彎頭的對接部分都是整體的一體成型。

③雙曲面幕墻具有較高的高度和較大的外觀出入（最大為2.7m，超過了傳統吊籃外懸臂的極限長度1.7m），施工難度大，對工程質量造成了一定影響。

制定對策。制定相應的施工方案，增加吊籃的數量，縮短作業距離，保證安全。為確保工程技術水平和施工質量，對部分吊車及橫向輸送設備進行了改進。

6 實施控制措施

6.1 放線質量控制

結合實際工程，在風速不大的條件下，合理確定施工時間。該項目通過對兩個曲線變化較大的區域進行立體放樣，以達到整個幕墻的效果，確保了其測量的準確性，以下是具體的步驟。

①利用三維實體建模技術、BIM 和犀牛三維立體模型，實現了三維立體投影，并構建了三維虛擬場景建模。采用模擬驗證方法，確保了測試和放樣的精確和可靠。

②為了給現場的施工提供準確的定位，必須成立專門的測量組，配有GPS定位儀、全站儀、電子經緯儀等專用的測量儀，利用內控和外引外控儀進行放樣，并對放線的質量進行復查。

6.2 彎曲龍骨及雙曲面玻璃板材安裝質量控制

通過對雙曲面玻璃幕墻面積的型材和玻璃片的總體結構進行優化，將不能控制的物料處理體系偏差，調節到人工控制的調節類型。

①與玻璃生產單位商定，以玻璃翹足10mm 為界限，在此區間小曲率玻璃最佳化。利用同一原理，將多曲、雙曲玻璃加工成誤差可控的多曲玻璃進行了優化。對原有5000m2左右的雙層玻璃幕墻進行優化，使其達到了3000m2的實際效果。

②不考慮彎頭鋼的扭轉角度（最大扭矩為7°，最大為8mm），將兩個彎鋼龍骨改為單彎鋼。

③與玻璃生產企業多次磋商，制訂玻璃進度表的統一形式，明確玻璃尺寸、角度、飛邊等，并按照標準的形式制作。

④對異形物料，由2 名以上的施工單位簽署確認后再安裝，物料加工廠二次驗收合格后，簽字確認，上述工序結束后，可進行處理。在雙曲型幕墻工程中，實時監測龍骨固定、玻璃安裝等工藝，并對誤差進行控制。通過自定義長度和角度可調整的玻璃框架，可以消除優化引起的錯誤容許。

6.3 遮陽百葉施工質量控制

該工程采用一種新型的鋁薄木百葉，以減小光線的污染、減小透光量，達到良好的照明效果。裝飾百葉由2.5mm 的穿孔鋁片和8mm 的鋁片焊接（或固定）成一體，然后與幕墻的龍骨相連。在各玻璃幕墻的垂直上均設置了一個支撐。

月牙原是由兩個鋁片百葉組成的，由于拋物線鋼的龍骨有一定的傾角（最大垂直角度為60°，最大側向角度為38°）、扭轉等因素，使得整體式鋁片百葉加工安裝困難。因此，在不影響整體形狀的前提下，要對百葉進行優化，以減少界面數量，從而減少出現質量問題的幾率。

6.4 垂直運輸方案及設施改進

立面最大出入量可達2.8m，而吊籃臂長最大可達1.7m。建筑立面的出入間距增大了操作人員的工作難度，對工程的質量造成了很大的影響。

施工措施。增加吊裝、拆除的次數，保證吊裝作業時的豎向作業，在幕墻工程中，使用吊籃進行垂直運輸是必不可少的，且該項目的外觀設計新穎，外觀的出入和變化很大。因此首先要解決起重機的豎向搬運問題，即增加起重機的安裝數量，在標高10.3m、13.7m、12.9m情況下，安裝了施工用的吊籃。此外，由于外形的改變，需要局部添加吊籃。

7 結論

本文結合工程實例，介紹了采用雙曲面弧形框架支撐的玻璃窗幕墻的施工技術和項目的管理方法，并對其質量控制的困難進行了剖析，提出了相應的解決方案，通過實例進行了總結，為以后同類工程的施工和項目管理工作提供了參考依據。